Дисциплина «Скважинная добыча нефти»

1. Способы регулирования подачи и напора УЭЦН.

Производительность УЭЦН регулируется:

Методом штуцирования (на устье скважины) – создание устьевого противодавления с целью уменьшения подачи за счет напорных характеристик насоса. Наиболее широкое распространение получили штуцера ШДР-9М (штуцер дискретный регулируемый), который допускает смену штуцера без остановки УЭЦН. Изготавливается из высокопрочных износостойких металлов. Используемые штуцера диаметром от 2мм до 18мм. Для контроля устьевого давления устанавливаются манометры перед штуцером и за ним. Но такой метод энергетически неэффективен и создает дополнительные нагрузки на глубинную установку, поэтому его применение нежелательно.

При помощи преобразователя частоты:

• позволяет в широком диапазоне регулировать производительность и напор УЭЦН за счет изменения частоты вращения ПЭД,

• осуществлять плавный контролируемый пуск ПЭД, что позволит продлить срок службы УЭЦН за счет снижения электрических нагрузок на кабель и обмотки двигателя,

• при выводе УЭЦН на режим на частотах менее 50 Гц значительно уменьшить потребляемую мощность двигателя, что снижает вероятность его перегрева при отсутствии или недостаточном притоке из пласта.

Производительность (Q) УЭЦН находится в прямой зависимости от частоты переменного тока, подаваемого на обмотки двигателя

Q2 = Q1 (f2/f1), где f1-стандартная частота 50Гц, f2 – изменяемая частота,

Q1- производительность при стандартной частоте.

Напор (Н) УЭЦН находится в квадратичной зависимости от частоты переменного тока

Н2 = Н1 (f2/f1)², где Н1 – напор при стандартной частоте.

При помощи изменения глубины подвески ЭЦН

Уменьшение глубины подвески ЭЦН приводит к уменьшению газосодержания на приеме насоса и улучшению его рабочих характеристик.

Замена насосной установки. В случае если характеристики используемой насосной установки не позволяют реализовать желаемый режим работы скважины (например потенциальный достижимый приток из пласта существенно выше подачи насоса), наиболее целесообразно заменить насосную установку на установку с необходимыми характеристиками.

2. Способы регулирования подачи УШСН.

Действительная подача Qд, замеренная на поверхности после сепарации и охлаждения нефти, как правило, меньше теоретической (за исключением насосных скважин с периодическими фонтанными проявлениями) в силу целого ряда причин. Отношение Qд к Qт называют коэффициентом подачи насоса, который учитывает все возможные факторы, отрицательно влияющие на подачу ШСН. Таким образом, коэффициент подачи

Где F - площадь сечения плунжера (или цилиндра насоса); S-величина хода;n-количество ходов плунжера

Для каждой конкретной скважины величина η служит в известной мере показателем правильности выбора оборудования и режима откачки установки. Нормальным считается, если η >0.6 – 0.65.

Однако бывают условия (большие газовые факторы, низкие динамические уровни), когда не удается получить и этих значений коэффициентов подачи, и тем не менее откачка жидкости с помощью ШСН может оставаться самым эффективным способом эксплуатации.

На коэффициент подачи ШСН влияют постоянные и переменные факторы.

К постоянным факторам можно отнести

• влияние свободного газа в откачиваемой смеси;

• уменьшение полезного хода плунжера по сравнению с ходом точки подвеса штанг за счет упругих деформаций насосных штанг и труб;

• уменьшение объема откачиваемой жидкости (усадка) в результате ее охлаждения на поверхности и дегазации в сепарационных устройствах.

К переменным факторам, изменяющимся во времени, можно отнести:

• утечки между цилиндром и плунжером, которые зависят от степени износа насоса и наличия абразивных примесей в откачиваемой жидкости;

• утечки в клапанах насоса из-за их немгновенного закрытия и открытия и, главным образом, из-за их износа и коррозии;

• утечки через неплотности в муфтовых соединениях НКТ, которые все время подвергаются переменным нагрузкам.

Переменные факторы, сводящиеся к различного рода утечкам, меняются во времени и поэтому их трудно определить расчетным путем, за исключением утечек через зазор между плунжером и цилиндром. Это приводит к тому, что коэффициент подачи η вновь спущенного в скважину насоса, после незначительного его снижения в начальный период в результате приработки плунжера, затем стабилизируется и длительное время остается практически постоянным. Затем он заметно начинает снижаться в результате прогрессирующего износа клапанов, их седел и увеличения зазора между плунжером и цилиндром. Наряду с этим может произойти и резкое уменьшение коэффициента подачи в результате смещения втулок насосов, отворотов и неплотностей в муфтах.

Таким образом, результирующий коэффициент подачи насоса можно представить как произведение нескольких коэффициентов, учитывающих влияние на его подачу различных факторов:

где η₁ - коэффициент наполнения цилиндра насоса жидкостью, учитывающий влияние свободного газа; η₂—коэффициент, учитывающий влияние уменьшения хода плунжера; η_{3 -} коэффициент утечек, учитывающий наличие неизбежных утечек жидкости при работе насоса; η_{4 -} коэффициент усадки, учитывающий уменьшение объема жидкости при достижении ею поверхностных емкостей.

Рассмотрим схему плунжерного насоса. Перемещение плунжера осуществляется между нижней мертвой точкой (НМТ) и верхней мертвой точкой (ВМТ) и характеризуется величиной, называемой длиной хода плунжера S_пл. Наружный диаметр плунжера D_пл принимается равным внутреннему диаметру цилиндра (хотя фактически между этими величинами имеется определенная разница 2δ; δ — зазор между плунжером и цилиндром). При ходе плунжера вверх нагнетательный клапан 4 закрывается под действием веса столба продукции скважины, находящейся в колонне НКТ 5. В цилиндре насоса 1 давление снижается и в определенный момент всасывающий клапан 3 открывается; продукция скважины поступает в цилиндр насоса (в подплунжерное пространство, которое увеличивается до тех пор, пока плунжер не придет в ВМТ). Ход плунжера из НМТ до ВМТ называется тактом всасывания.

Объем продукции скважины, поступившей в цилиндр насоса при такте всасывания, равен объему, описанному плунжером от НМТ до ВМТ V:

V = S_плF,[м³], где F — площадь поперечного сечения цилиндра (м²), равная: F=πD²_пл/4, D_пл – диаметр плунжера, равный внутреннему диаметру цилиндра, м.

При ходе плунжера вниз (от ВМТ до НМТ) давление в цилиндре насоса повышается, всасывающий клапан 3 закрывается, и в определенный момент времени открывается нагнетательный клапан 4. Продукция из цилиндра насоса 1 перетекает через плунжер 2 в надплунжерное пространство. Ход плунжера из ВМТ до НМТ называется тактом нагнетания. Таким образом, за один насосный цикл «ход вверх–ход вниз» объем продукции, откачиваемый из скважины, составляет:

V = S_пл πD²_пл/4, [м³]

Обозначим число двойных ходов плунжера в мин через n. Тогда теоретическая минутная подача насоса составит Q'_т: Q'_т= S_пл πD²_пл/4n [м³/мин].

Переходя к суточной подаче установки, умножим последнюю формулу на 1440 (число минут в сутках) и получим суточную теоретическую подачу установки Q_т

Q_т =1440 S_пл πD²_пл/4n = 1440• F• S_пл • n,[м³/сут],

где n — число двойных ходов плунжера в мин (число качаний балансира в мин). Обозначая длину хода полированного штока (на поверхности) через S, введем понятие условно теоретической подачи Q_т.усл.:

Q_т.усл = 1440• F• S • n,[м³/сут]

Введение условно теоретической подачи связано с тем, что длина хода плунжера S_пл в каждом конкретном случае является неизвестной величиной и может существенно отличаться от известной длины хода полированного штока S. Разница в указанных параметрах связана не только с упругими деформациями штанг и труб под действием статических нагрузок, но также и с влиянием на упругие деформации инерционных нагрузок, возникающих в насосной установке при определенных режимах ее работы. Таким образом, условно теоретическая подача установки может быть легко рассчитана в любой момент времени, для чего достаточно измерить (знать) длину хода полированного штока S. Фактическая суточная подача установки, измеряемая на поверхности по жидкости (после процесса сепарации) Q_ф может не совпадать с Q_т.усл по целому ряду причин. Отношение фактической подачи установки Q_ф к условно теоретической подаче ее Q_т.усл назовем коэффициентом подачи установки и обозначим его через η:

η= Q_ф / Q_т.усл

Обобщая вышесказанное получим, что регулирование работы скважины, оборудованной ШСНУ сводится к изменению числа двойных ходов плунжера и длины хода плунжера.

3. Технология проведения и назначение динамометрирования УШСН.

4. Метод подбора УЭЦН для нефтяных скважин.

Под подбором УЭЦН понимается определение типоразмера установки, обеспечивающей заданную добычу пластовой жидкости из скважин при оптимальных рабочих показателях (подаче, напоре, мощности, наработке на отказ, КПД и пр.)

Методика подбора основывается на следующих показателях:

• коэффициент продуктивности данной скважины (по результатам гидродинамических исследований скважины);

• данные инклинометрии;

• газовый фактор;

• давления – пластовое, давление насыщения;

• обводненности добываемой продукции;

• концентрации выносимых частиц.

При этом макс. содержание свободного газа у приема насоса не должно превышать 25 % для установок без газосепараторов, максимально допустимое давление в зоне подвески УЭЦН – не более 25 МПа, температура не более 90 ⁰С. Темп набора кривизны скважины в зоне подвески насоса не более 3 мин. на 10 м.

Методика подбора основывается на законах фильтрации пластового флюида в пласте и ПЗП, движения водо-газо-нефтяной смеси по обсадной колонне и НКТ, на зависимостях гидродинамики ЭЦН, точечные значения температуры перекачиваемой жидкости и элементов ЭЦН. Общая методика подбора выглядит след.образом:

-По ГИС, ГДИ и термодинамике пласта и ПЗП, по планируемому дебиту скв. определяют забойные величины – P, Т, обводненность и газосодержание пластового флюида.

-По законам разгазирования (тек.давления и давления насыщения, температуры, коэффициентов сжимаемости газа, нефти, воды) потока пластовой жид-ти и по законам относительного движения отдельных составляющих этого потока по обсадной колонне на участке «забой - прием насоса» определ-ся необходимая глубина спуска насоса и давление на приеме ЭЦН, обеспечивающие нормальную работу УЭЦН. При подборе глубины спуска учитываются предельно допустимые отклонения оси скважины от вертикали и темп набора кривизны (инклинометрия).

-По глубине подвески, типоразмеру обсадных колонн, НКТ и по планируемому дебиту, обводненности, газовому фактору, вязкости и плотности пласт.жид-ти и устьевым условиям определяют необходимый напор ЭЦН.

-По план.дебиту и напору делается подбор ЭЦН, рабочие харак-ки которых близки к расчетным, с учетом перевода «водяных» напорных хар-к на реальные данные пластовой жид-ти.

-По характеристикам ЭЦН подбирается соответствующий ПЭД, кабель, наземное оборудование (СУ и трансформатор).

5. Область применения винтовых установок УЭВН и УШВН.

В силу конструктивных особенностей ЭВН наиболее эффек­тив­ны при добыче вязкой нефти, а также при наличии в неф­ти песка и попутного газа.

УЭВН применяют:

1) в горизонтальных скважинах и при больших темпах на­бора кривизны (малая длина насосов и их роторов), 2)при тем­пературе откачиваемой жид. до 70 °С ,

3) с большим содержанием мех. примесей до 400 мг/л, 4)при вязкости до 0,1Па*с

5)для подач 10 - 200 м³/сут. с на­пором, не превышающем 1500 м (УЭВН дорого стоит и при малых подачах экономически не эффективны).

6) содержание свободного газа на приеме насоса до 50%

УЭВН следует внедрять преи­мущественно в таких районах, где экспл. другого оборудования ма­лоэф­фективна или совсем невозможна.

Для винтовых насосах увеличение частоты вращения приводит к износу, нагреву, снижается к.п.д. и другие показатели.

Рациональной областью применения УШВН являются:

1) вертикаль­ные скв. или скв. с малыми темпами набора кри­визны,

2) скв. с пластовыми жидкостями высокой вязкости,

3) скв. с повышен­ным содержанием газа и мех. примесей,

4) Дебиты от 3 до 50 - 100 м³/сутки с напором до 1000 - 1500 м.

Некото­рые типоразмеры УШВН могут иметь гораздо большие добыч­ные возможности.

6. Коэффициент использования, коэффициент эксплуатации.

Коэффициент эксплуатации действующего фонда скважин – показатель, характеризующий уровень использования действующих скважин во времени, определяется как отношение времени эксплуатации к календарному времени работы действующего фонда.К_экспл.=Т_экспл./Т_кал.ДФ

Под коэффициентом использования фонда скважин понимается отношение скважин, составляющих действующий фонд, к общему числу эксплуатационных скважин, числящемуся на объекте:

где N_дейст. – количество действующих скважин на конец года;

N_безд. – количество бездействующих скважин на объекте на конец года; N_осв. – количество скважин, находящихся в освоении после бурения.

Необходимо понимать отличие двух терминов: бездействующий и неработающий фонд. К бездействующему фонду относятся скважины, которые временно остановлены для проведения каких-либо ГТМ на срок, больше месяца. В него не входят: скважины в освоении после бурения, находящиеся в консервации, в ожидании консервации, контрольные и пьезометрические, ожидающие ликвидации и ликвидированные. Но они, наряду с бездействующими, учитываются в неработающем фонде скважин.

Под дебитом нефти (жидкости, газа, конденсата, воды) понимается отношение суммарно добытой всеми добывающими скважинами нефти (жидкости, газа, конденсата, воды) за определенный период, к продолжительности данного периода в скважино-сутках:

где q – дебит, т/сут. (м³/сут); Q – суммарная добыча нефти, т (м³); Т – среднее время работы одной добывающей скважины, сут.

N_скв – количество добывающих скважин, шт.

Соответственно, добыча нефти (жидкости, газа, конденсата, воды) определяется произведением среднего дебита нефти (жидкости, газа, конденсата, воды) добывающей скважины и суммарного отработанного времени всех добывающих скважин в скважино-сутках:

Q = q  T  N_скв.

Обводненность продукции – отношение объема добываемой воды к общему объему добытой жидкости. Различают массовую (весовую) и объемную обводненность продукции. Массовая (весовая) обводненность определяет долю воды в общем количестве добытой жидкости в тоннах, весовая – в кубических метрах. Обводненность определяется по формуле:

где f_в, f_н – соответственно доля воды (обводненность) и нефти в потоке жидкости; Q_н, Q_в – добыча нефти и воды (т или м³);

Коэффициент использования эксплуатационного фонда скважин – показатель, характеризующий степень производственного использования всего эксплуатационного фонда скважин, определяется как отношение времени эксплуатации (наработки) к календарному времени работы эксплуатационного фонда. К_исп.=Т_экспл./Т_кал.ЭФ

7. Виды несовершенства скважин и его учет.

Гидродинамическое несовершенство скважины проявляется в том, что в призабойной зоне пласта с конечной мощностью отсутствует радиальность потока по причине, обусловленной конструкцией забоя или фильтра.

Различают два вида несовершенства скважин - несовершенство по степени вскрытия и несовершенство по характеру вскрытия.

Несовершенная скважина по степени вскрытия - это скважина с открытым забоем, вскрывшая пласт не на всю мощность, а частично (рис. б).

Скважина, хотя и доведённая до подошвы пласта, но сообщающаяся с пластом только через отверстия в колонне труб, в цементном кольце или в специальном фильтре, называется несовершенной по характеру вскрытия пласта (рис. в).

На практике чаще всего встречаются скважины несовершенны как по степени, так и по характеру вскрытия пласта (рис. г)

При расчете дебита скв их гидродинамическое несовершенство учитывается введением в ф-лу Дюпюи коэф-та дополнительных фильтрационных сопротивлений С: Величина коэф-та дополнительных фильтрационных сопротивлений зависит от степени вскрытия пласта, плотности перфорации, длины и диаметра перфорационных каналов. Обычно ее определяют, используя графики И. В. Щурова. Ф-лу можно представить с использованием понятия приведенного радиуса скважины r_с.пр.: Q_нс=2πkh(P_к-Р_с)/μ(lnR_к/r_c+С₁+С₂), k – коэф. проницаемости, μ - вязкость, h - толщина пласта, C₁-доб.филтр.сопр. за счет несов.скв. по степени вскрытия. C₂- по хар-ру вскрытия. С₁ и С₂ определяются по графикам Щурова.

С₁=f(hD; d/D; l₁/D), где D – диаметр скважины по долоту, h – число перфорационных отверстий на 1 м, d – диаметр перф. отверстий, l₁ – глубина проникновения пуль в породу.

C₂=f(относительного вскрытия пласта; отношения эффективной мощности пласта к диаметру по долоту)

Если гидродинамическое несовершенство скв хар-ризовать отношением ее дебита к дебиту гидродинамически совершенной скв в равных условиях, то η=Q_нс/Q_c=ln(R_к/r_c)/ln(R_к/r_c.пр.), где η- коэф-т гидродинамического несовершенства скв.

8. Технология исследования нагнетательных скважин.

Для нагнетательных скв справедливы те же ур-я, что и для добывающих. Необходимо иметь ввиду, что под величиной дебита скв q подразумевается q_пр, т.е. отрицательный дебит (-q). Изменение давления на забое остановленной скв ΔР(t) представляет собой падение давления: ΔР(t)=Pc(t)-Pc=((-q))/4πkh)*ln(2.25/r²_{с пр})=(2.3(-q))/4πkh)*lg(2.25/r²_{с пр}). Особенностью нагнетательной скв яв-ся то, что ствол её заполнен водой - однородной и практически несжимаемой ж-тью. Забойное давление в нагнетательной скв складывается из гидростатического давления столба ж-ти и буферного давления (потерей напора по стволу работающей скв можно пренебречь). Поэтому изменение забойного давление в остановленной скв с достаточной степенью точности равно изменению буферного давления, и измерения удобнее и экономичнее проводить на устье скв, используя для этого технические манометры и регистрируя текущее время, или же автономные глубинные манометры. Если же в процессе исследования буферное давление снижается до нуля и уровень ж-ти в скв падает ниже устья, то измерения следует проводить глубинным манометром, спущенным на забой скв (или хотя бы на глубину, обеспечивающую постоянное нахождение его под уровнем). При исследовании нагнетательных скв необходимо также иметь в виду, что падение забойного давления после прекращения закачки в течение всего периода, пока имеется избыточное буферное давление, происходит без оттока ж-ти из ствола скв в пласт. Поэтому такие КВД следует обрабатывать методами без учёта притока (оттока). Отток следует учитывать лишь с момента снижения буферного давления до нуля - начиная с этого момента, необходимо периодически определять местоположение понижающегося уровня ж-ти в стволе скв, либо закончить процесс измерения. Особенности исследования: нагнетательные скв, используемые для закачки и вытеснения нефти водой, определяют темп, хар-р и степень выработки продуктивных пластов. Отметим нект из особенностей: 1) Закачка в пласт пов-тных вод, отличных от пластовых, нарушает тепловой режим, особенно в ПЗП. Проходит заметное изменение вязкости, как при замене, так и при изменении Т_пл; 2) Повышение Р_нагн выше первоначального Р_пл приводит к образованию из нагнетательных скв искусственных зон трещиноватости; 3) Необходимость поинтервального изучения хар-ок коллектора при различных Р_нагн с целью оптимального Р_пл при max охвате пласта заводнением; 4) Учет потерь Р на трение в стволе скв-н, т.е. в бол-ве случаев определение Р_з, а так же снятие кривых притока и падения Р производится по замерам на устье скв. Иногда после остановки нагн скв устьевое давление резко снижается до атмосферного и зарегистрировать КВД не удаётся. В таких случаях режим изменяют уменьшением расхода закачиваемой воды до такой величины, при кт давление на устье в течение всего периода регистрации КВД будет выше атмосф-го.

9. Способы эксплуатации скважин.

10. Параметры, контролируемые при выводе скважин на режим.

Задача заключается в том, чтобы для каждой конкретной скважины с учетом ее характеристик подобрать все звенья ЭЦН и 1 глубину спуска насоса. Вначале устанавливают необходимые исходные данные - выбирают уравнение притока, определяют свойства нефти воды и газа и их смесей, которые предполагается откачивать из скважины, конструкцию эксплуатационной обсадной колонны глубину спуска насоса находят с учетом расходного газосодержания нефтегазового потока потока на входе Для этою строят кривые распределения давления и расходного газосодержания потока вдоль обсадных труб шагами от забоя снизу вверх, начиная от заданного забойного давления, определяемого по уравнению притока для известного дебита (соответственно кривые 1 и 3 на рис V 11.18). По кривой 3 оценивают предварительную глубину спуска насоса (по допустимым значениям объемного газосодержания на приеме насоса

Ввх=0,05 - 0.25 ) и давление Рвх ( по кривой I). Упомянутые пределы расходногогазосодержания на входе в насос установлены по данным испытаний ЭЦН во время откачки газированной жидкости. Если Ввх=0 - 0,05, то газ слабо влияет на работу насоса, если Ввх=0,25 - 0.3 то происходит срыв подачи насоса. По кривым 1 и-2 на глубине спуска насоса определяют перепад давлений 1рсбуемый для получения заданного дебита

Рс=Рвык - Рвх Свойства жидкости и ее вязкость влияют на напорную характеристику насоса. Поэтому далее оцениваем подачу qb и напора Нвс, которые должен иметь подбираемый насос при откачке жидкости ( с учетом влияния на рабочую характеристику насоса свободно! о газа в ГЖС, проходящей через насос, и ее вязкости), чтобы обеспечить подъем заданного количества нефти Q жсу с выбранной глубины lh. Поданным qb и Нвс и паспортным характеристикам подбирают тип насоса, удовлетворяющий условиям 0,65£Qв/Qв опт£1,25, ( где qb.опт - паспортная подача насоса при оптимальном режиме) Нвс£Нпн -DН (где Нпв-напор насоса но паспортной характеристике, соответствующей производительности qbm, DН- поправка , для пересчета Нпв в вероятный напор при работе на воде) DН = 0,92Нв.опт/3,9+0,023Qв.опт ( где Нв.опт - оптимальный напор Qв.опт-оптимальный расход по паспортной характеристике. Выбранный насосный агрегат должен работать в условиях превышения необходимого пускового напора Ноcв над рабочим при откачке ГЖС.

Может оказаться что необходимая характеристика насоса по напору Н не соответствуют (ниже) паспортной характеристике насоса, ближайшею но параметрам. В этом случае напор выбранного насоса регулируют путем повышения противодавления на устье с помощью штуцера или уменьшением ( частичным изъятием) некоторого числа ступеней насоса с заменой их вкладышами. Если используют штуцер, то снижается к.п.д. установки, но при этом регулирование осуществляется проще (без разборки насоса). Также регулировать характеристики ЭЦН можно путем частотного регулирования электродвигателя насоса (частота вращения вала ПЭД пропорциональна частоте тока), в результате чего одновременно изменяются в широком диапазоне и напор и подача насоса. Частотное регулирование позволяет сократить необходимое число типоразмеров ЭЦН.

В станциях управления предусмотрены ручной и автоматический режимы работы. В ручном режиме после остановки УЭЦН (например, из-за аварийного отключения электроэнергии) повторно запустить насос в работу можно только вручную. В автоматическом же режиме предусмотренсамозапуск установки через некоторое время после возобновления подачи электроэнергии. Это удобно тем, что для запуска установок не надо ехать по всем скважинам. Однако в зимних условиях на месторождениях Крайнего Севера и Западной Сибири, когда существует опасность замерзания устьевой арматуры и выкидной линии скважины при остановке насоса, автоматическийсамозапуск нежелателен. Более предпочтительным здесь является ручной запуск установки. При этом оператор приезжает на скважину и включает насос в работу только после пропаривания устьевой арматуры и выкидной линии.

11. Фонтанирование скважин, виды, условия, предельное давление фонтанирования.

Подъём жидкости с забоя на поверхность за счёт пластовой энергии – фонтанирование скважины, а способ эксплуатации – фонтанным. Зависит от давления насыщения, газового фактора, от структуры потока, режима движения газожидкостной смеси, плотности скважинной продукции, пластового давления.

Условие фонтанирования нефтяной скважины от гидростатического давления:

Рпласт>rж g Н,

Где Рпласт – пластовое давление, rж- плотность скважинной продукции, g- ускорение свободного падения, равное 9,81 м/c², Н -длина столба жидкости( глубина скважины по вертикали).

Фонтанирование нефтяных скважин может происходить при пластовых давлениях ниже гидростатического давления столба жидкости. Это обусловлено большим количеством растворенного газа в нефти. Со снижением давления ниже давления насыщения нефти газами во время подъема продукции скважины в колонне НКТ выделяется растворенный газ и образуется газожидкостная смесь плотностью rсм (при чем rсм<rж).

Уравнение баланса давлений в фонтанной скважине:

Рзаб = Рст.ф + Ртр + Р_уст,

где Рзаб - забойное давление (принимается на уровне середины интервала продуктивного пласта), Руст - давление на устье (выкиде) скважины (устьевое давление), Рст.ф - гидростатическое давление флюидов (нефти, воды, газа) в скважине, Ртр - потери давления на гидравлическое сопротивление (трение). рсм- средняя плотность смеси вдоль колонны НКТ. На участке от забоя до точки, где давление равно давлению насыщения Рнас движется однородная жидкость, поэтому давление в НКТ изменяется по линейному закону. При снижении давления ниже Рнас из продукции скважины начинает выделяться газ и образуется газожидкостная смесь. В этом случае давление по НКТ изменяется по нелинейному закону. Если Рзаб< Рнас то нелинейность будет наблюдаться по всей длине скважины.

Выделяют 3 вида фонтанирования:

I – артезианское фонтанирование: Рзаб > Рнас, Руст ³ Рнас, фонтанирование происходит за счёт гидростатического напора, где Рнас – давление насыщения нефти газом.

II – газлифтное фонтанирование: Рзаб ³ Рнас, Руст < Рнас, фонтанирование осуществляется по принципу работы газожидкостного подъёма.

III - газлифтное фонтанирование с началом выделения газа в пласте: Рзаб < Рнас,

Р_уст < Рнас.

Оборудование фонтанных скважин подразделяется на наземное (устьевое) и подземное (скважинной).

К наземному оборудованию относят фонтанную арматуру (трубная головка и фонтанная ёлка с запорными и регулирующими устройствами), манифольд, предназначенный для обвязки Ф.А. с выкидными линиями, колонная головка – герметизация между кондуктором и э/колонной.

К подземному оборудованию относят НКТ, которые применяют при всех способах эксплуатации скважин, пусковые муфты (необходимые при освоении скважины), башмачная воронка, в редких случаях забойные штуцера и пакер.

12. Методы определения коэффициента подачи УШСН.

Действительная подача Qд, замеренная на поверхности после сепарации и охлаждения нефти, как правило, меньше теоретической (за исключением насосных скважин с периодическими фонтанными проявлениями) в силу целого ряда причин. Отношение Qд к Qт называют коэффициентом подачи насоса, который учитывает все возможные факторы, отрицательно влияющие на подачу ШСН. Таким образом, коэффициент подачи

Где F - площадь сечения плунжера (или цилиндра насоса); S-величина хода;n-количество ходов плунжера

Для каждой конкретной скважины величина η служит в известной мере показателем правильности выбора оборудования и режима откачки установки. Нормальным считается, если η >0.6 – 0.65.

Однако бывают условия (большие газовые факторы, низкие динамические уровни), когда не удается получить и этих значений коэффициентов подачи, и тем не менее откачка жидкости с помощью ШСН может оставаться самым эффективным способом эксплуатации.

На коэффициент подачи ШСН влияют постоянные и переменные факторы.

К постоянным факторам можно отнести

• влияние свободного газа в откачиваемой смеси;

• уменьшение полезного хода плунжера по сравнению с ходом точки подвеса штанг за счет упругих деформаций насосных штанг и труб;

• уменьшение объема откачиваемой жидкости (усадка) в результате ее охлаждения на поверхности и дегазации в сепарационных устройствах.

К переменным факторам, изменяющимся во времени, можно отнести:

• утечки между цилиндром и плунжером, которые зависят от степени износа насоса и наличия абразивных примесей в откачиваемой жидкости;

• утечки в клапанах насоса из-за их немгновенного закрытия и открытия и, главным образом, из-за их износа и коррозии;

• утечки через неплотности в муфтовых соединениях НКТ, которые все время подвергаются переменным нагрузкам.

Переменные факторы, сводящиеся к различного рода утечкам, меняются во времени и поэтому их трудно определить расчетным путем, за исключением утечек через зазор между плунжером и цилиндром. Это приводит к тому, что коэффициент подачи η вновь спущенного в скважину насоса, после незначительного его снижения в начальный период в результате приработки плунжера, затем стабилизируется и длительное время остается практически постоянным. Затем он заметно начинает снижаться в результате прогрессирующего износа клапанов, их седел и увеличения зазора между плунжером и цилиндром. Наряду с этим может произойти и резкое уменьшение коэффициента подачи в результате смещения втулок насосов, отворотов и неплотностей в муфтах.

Таким образом, результирующий коэффициент подачи насоса можно представить как произведение нескольких коэффициентов, учитывающих влияние на его подачу различных факторов:

где η1 - коэффициент наполнения цилиндра насоса жидкостью, учитывающий влияние свободного газа; η2—коэффициент, учитывающий влияние уменьшения хода плунжера; η3 - коэффициент утечек, учитывающий наличие неизбежных утечек жидкости при работе насоса; η4 - коэффициент усадки, учитывающий уменьшение объема жидкости при достижении ею поверхностных емкостей.

13. Газлифтная эксплуатация скважин, технология, область применения, достоинства, недостатки.

После прекращения фонтанирования из-за нехватки пластовой энергии переходят на механизированный способ эксплуатациискважин, при котором вводят дополнительную энергию извне (с поверхности). Одним из таких способов, при котором вводят энергию в виде сжатого газа, является газлифт.

Использование газлифтного способа эксплуатации скважин в общем виде определяется его преимуществами. 1. Возможность отбора больших объемов жидкости практически при всех диаметрах эксплуатационных колонн и форсированного отбора сильнообводненных скважин. 2. Эксплуатация скважин с большим газовым фактором, т.е. использование энергии пластового газа, в том числе и скважин с забойным давлением ниже давления насыщения.

3. Малое влияние профиля ствола скважины на эффективность работы газлифта, что особенно важно для наклонно направленных скважин, т.е. для условий морских месторождений и районов освоения Севера и Сибири. 4. Отсутствие влияния высоких давлений и температуры продукции скважин, а также наличия в ней мехпримесей (песка) на работу скважин.

5. Гибкость и сравнительная простота регулирования режима работы скважин по дебиту.

6. Простота обслуживания и ремонта газлифтных скважин и большой межремонтный период их работы при использовании современного оборудования.

7. Возможность применения одновременной раздельной эксплуатации, эффективной борьбы с коррозией, отложениями солей и парафина, а также простота исследования скважин. Указанным преимуществам могут быть противопоставлены недостатки. 1. Большие начальные капитальные вложения в строительство компрессорных станций.

2. Сравнительно низкий коэффициент полезного действия (КПД) газлифтной системы.

3. Возможность образования стойких эмульсий в процессе подъема продукции скважин.

Исходя из указанного выше, газлифтный (компрессорный) способ эксплуатации скважин, в первую очередь, выгодно использовать на крупных месторождениях при наличии скважин с большими дебитами и высокими забойными давлениями после периода фонтанирования.

Далее он может быть применен в наклонно направленных скважинах и скважинах с большим содержанием мехпримесей в продукции, т.е. в условиях, когда за основу рациональной эксплуатации принимается межремонтный период (МРП) работы скважин.

При наличии вблизи газовых месторождений (или скважин) с достаточными запасами и необходимым  давлением используют бескомпрессорный газлифт для добычи нефти.

Эта система может быть временной мерой - до окончания строительства компрессорной станции. В данном случае система газлифта остается практически одинаковой с компрессорным газлифтом и отличается только иным источником газа высокого давления. Газлифтная эксплуатация может быть непрерывной или периодической. Периодический газлифт применяется на скважинах с дебитами до 40-60 т/сут или с низкими пластовыми давлениями.  Высота подъема жидкости при газлифте зависит от возможного давления ввода газа и глубины погружения колонны НКТ под уровень жидкости.

В среднем диапазон применяемых значений давления ввода газа составляет 4,0-14,0 МПа. Диапазон производительности газлифтных скважин при непрерывном газлифте 60-2000 т/сут. Технико-экономический анализ, проведенный при выборе способа эксплуатации, может определить приоритет использования газлифта в различных регионах страны с учетом местных условий. Так, большой МРП работы газлифтных скважин, сравнительная простота ремонта и возможность автоматизации предопределили создание больших газлифтных комплексов на Самотлорском, Федоровском, Правдинском месторождениях в Западной Сибири. Это дало возможность снизить необходимые трудовые ресурсы региона и создать необходимые инфраструктуры (жилье и т.д.) для рационального их использования.

Выделяют следующие осложнения при работе газлифтных скважин:

1. Образование гидратов в газопроводе и газлифтных пусковых клапанах происходит при некачественной осушке газа. Основным методом предотвращения гидратоотложений: в теплообменник (до 40 С) с 2002 г в низкодебитных скважинах начали спускать высокогерметичные НКТ с полимерными уплотнительными кольцами, что привело к сокращению в несколько раз количество скважин с отложениями гидратов.

2. Отложения парафина происходит в скважинах с невысокой пластовой температурой, которая у устья теряется и равна 50-30 С. В скважинах с низкой обводненностью парафин откладывается на глубине 300-500 м от устья. Ликвидация парафиновых пробок производится периодическими горячими обработками.

3.Отложения солей происходит по причине термохимической нестабильности пластовой воды, некачественной подготовке, по минеральному составу воды, используемой для ППД. Для борьбы применяется реагент ПАФ-13А. Закачку осуществляют двумя способами:

-дозирование в поток газа

-задавка в призабойную зону скважины.

Дозирование производится при помощи дозировочных насосов, которые устанавливаются на поверхности у газопроводов. Периодичность проведения продавки в ПЗС зависит от интенсивности выпадения солей в скважине.

Наличие песка в продукции практически не влияет на работу подземного оборудования. Однако происходит осаждение песка на забое до полного перекрытия интервала перфорации. Для выноса песка с забоя НКТ спускается ниже интервала перфорации, что увеличивает скорость потока жидкости и улучшает вынос песка на поверхность

14. Способы освоения скважин.

Освоение скважины – это комплекс технологических операций по вызову притока пластового флюида, очистки ПЗП и достижения продуктивности, соответствующей естественной проницаемости пласта. Все операции по вызову притока и освоению скважины сводятся к созданию на ее забое депрессии, т.е. давления ниже пластового. Причем в устойчивых коллекторах эта депрессия должна быть достаточно большой и достигаться быстро, в рыхлых коллекторах, наоборот, небольшой и плавной. Возможны 2 пути вызова притока: уменьшения плотности столба жидкости (замена жидкости, компрессорный метод) и уменьшение высоты столба жидкости (тартание, поршневание, глубинные насосы).

- тартание - это извлечение из скважины жидкости желонкой, спускаемой на тонком канате с помощью лебедки. Это малопроизводительный, трудоемкий способ. Во время работы запорная арматура не может быть закрыта, в результате нет возможности оперативно остановить внезапное фонтанирование.

- поршневание – вытеснение столба жидкости из НКТ на поверхность при помощи сваба - трубы малого диаметра с клапаном, в нижней части открывающимся вверх. Поршневание в 10-15 раз производительнее тартания. За один спуск-подъем уровень может быть снижен на 100-150 метров. Существует опасность неожиданного выброса.

- замена скважинной жидкости на более легкую – создает плавное увеличение депрессии на пласт. Снижение забойного давления пропорционально разности плотностей скважинной и вытесняющей жидкости. Используется в коллекторах хорошо поддающихся освоению. Невозможно создание глубокой депрессии.

- компрессорный метод – закачка газа в затрубное пространство, что приводит к оттеснению жидкости до башмака НКТ или пускового отверстия, газированию жидкости в НКТ и плавному снижению забойного давления. Глубина депрессии ограничивается возможностями компрессора. Один из основных способов освоения газлифтных скважин.

- прокачка газожидкостной смеси – осуществляется замена скважиной жидкости газированной смесью плотность, которой постепенно уменьшается до 300-400 кг/м3. Применяется при нормальных пластовых давлениях. Для предупреждения всплывания пузырьков газа и снижения эффективности метода скорость жидкости в скважине должна быть более 0,8 м/с, поэтому часто ГЖС закачивают ч/з НКТ.

- откачка глубинными насосами. Применяется при нормальных и низких пластовых давлениях. Эффективен в случаях когда скважина не нуждается в глубоких и длительных депрессиях для очистки ПЗП.

Под освоением нагнетательной скважины подразумевается комплекс мероприятий нацеленных на очистку забоя скважины и ПЗП и получение коэффициента приемистости, соответствующего естественной проницаемости пласта.

Процесс освоения под нагнетание для скважин, пробуренных в НЗ и ВЗ различен. Скважины, пробуренные в НЗ, сначала интенсивно отрабатываются на нефть 1-2 года и только после этого переводятся под нагнетание. При этом проводится интенсивная промывка скважины горячей водой или нефтью для удаления АСПО. Перевод скважин в нагнетательном ряду осуществляется через одну. Пропущенные скважины осваиваются под нагнетание после их обводнения.

Освоение скважин в ВЗ начинается только после тщательной промывки до достижения КВЧ в выходящем потоке 3-5 мг/л. По трудности освоения можно выделить 3 группы скважин. В зависимости от этого различаются и методы освоения.

1. Пробуренные в монолитных высокопроницаемых песчаниках. В таких скважинах нагнетание осуществляется непосредственно после промывки без дополнительных мероприятий. Скважины характеризуются устойчиво высокими коэффициентами приемистости.

2. … в слоистом пласте пониженной проницаемости. Осуществляется интенсивный дренаж скважины различными методами (поршневание, ЭЦН, компрессорным способом и т.д.) до стабилизации КВЧ. Возможно проведение СКО//ГРП, при нагнетании – использование повышенных давлений закачки для поддержания трещин в раскрытом состоянии. Такие скважины характеризуются невысокими и нестабильными коэффициентами приемистости.

… тонкое чередование прослоев коллектора и неколлектора. Освоение требует применения самых эффективных методов воздействия на ПЗП, как, например, поинтервального гидроразрыва пласта, кислотных обработок и очень больших давлений нагнетания, соизмеримых с горным. Приемистость скважин III группы может быстро затухать в течение 2 - 3 месяцев. Необходим жесткий контроль качества нагнетаемой воды.

15. Влияние растворенного в нефти газа на работу глубинных насосов.

16. Назначение и технологии проведения кислотных обработок добывающих скважин.

КО - один из методов увеличения продуктивности доб.скважин, увеличения приемистости нагн.скважин.

Область применения КО – обработка ПЗП, содержащих в породе карбонатов кальция, магния и других минералов, активно реагирующих с

кислотой.

Для обработки карбонатных коллекторов наибольшее распространение получила соляная кислота, а для обработки терригенных коллекторов - смесь соляной и плавиковой кислот (глиняная кислота).

Обработка ПЗС основана на способности соляной кислоты растворять карбонатные породы

Реакция начинается со стенки скважины, но особенно эффективна в поровых каналах. Установлено, что при этом диаметр скважины не увеличивается, а расширяются только поровые каналы, приобретая форму узких и длинных каверн.

Основное назначение обычной солянокислотной обработки заключается в закачке кислоты в пласт (разветвленная система микротрещин и капиллярных каналов (пор) в ПЗС), по возможности, на значительное расстояние от стенки скважины с целью расширения размеров микротрещин и каналов, улучшения их сообщаемости между собой, что увеличивает проницаемость системы и дебит (приемистость) скважины.

Глубина проникновения кислоты в пласт зависит от скорости реакции. В свою очередь, скорость реакции зависит от вещественного (химического) состава породы, удельного объема кислотного раствора (м'/м2 поверхности породы), от температуры, давления и концентрации кислоты (кислотного раствора).

Скорость реакции кислоты (кислотного раствора) характеризуется временем ее нейтрализации при взаимодействии с породой.

Виды СКО	Область применения
кислотные ванны	при освоении для очистки поверхности забоя от глинистой корки
СКО под давлением	проникающие обработки ПЗП для образования глубокопроникающих каналов
глинокислотная обработка	для растворения глинистых пропластков, запрещается для проведения в карбонатных породах
пенокислотная обработка	для замедления реакций в 4-5 раз, тем самым увеличивая глубину проникновения
Термокислотная обработка(до 80-900С)	для плотных кабонатных пород с целью ускорения реакции
обработка нефтекислотными эмульсиями	для увеличения глубины проникновения в ПЗП

Метод основан на химических реакциях:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂

CaCO₃·MgCO₃ + 4HCl = CaCl₂ +Mg Cl₂ + 2H₂O + 2CO₂.

Эфф-ть СКО зависит от кол-ва раствора приходящегося на ед.объема породы и от скорости реакции кислоты с породой.

Скорость реакции зависит от минереалог. состава пород, Рпл, температуры.

Результативность СКО определяется по изменению коэффициента продуктивности добывающих скважин:

К_пр=Q/(P_пл-Р_заб); Q= К_пр(P_пл-Р_заб)

17. Виды, назначение и технологии проведения ГДИ.

Гидродинамические методы исследования. Они основаны на изучении параметров притока жидкости или газа к скважине при установившихся или при неустановившихся режимах ее работы. К числу таких параметров относятся дебит или его изменение и давление или его изменение. Поскольку при гидродинамических методах исследования процессом охватывается вся зона дренирования, то результаты, получаемые при обработке этих данных, становятся характерными для радиусов, в сотни раз превышающих радиусы охвата при геофизических методах.

Гидродинамические методы исследования выполняются техническими средствами и обслуживающим персоналом нефтедобывающих предприятий. Они разделяются на исследования при установившихся режимах работы скважины (так называемый метод пробных откачек) и на исследования при неустановившихся режимах работы скважины (метод прослеживания уровня или кривой восстановления давления). Исследование при установившихся режимах позволяет получить важнейшую характеристику работы скважины - зависимость притока жидкости от забойного давления или положения динамического уровня [Q(Pc)]. Без этой зависимости невозможно определить обоснованные дебиты скважины и технические средства для подъема жидкости. Этот же метод позволяет определить гидропроводность пласта  = kh/ с призабойной зоны.

Исследование при неустановившихся режимах позволяет определить пьезопроводность , для более удаленных зон пласта и параметр ²/rпр ( - пьезопроводность; rпр - приведенный радиус скважины), а также некоторые особенности удаленных зон пласта, такие как ухудшение или улучшение гидропроводности на периферии или выклинивание проницаемого пласта.

Техника для гидродинамических исследований скважин зависит от способа эксплуатации (фонтан, газлифт, ПЦЭН, ШСН), который накладывает известные технические ограничения на возможности этого метода.

18. Технологии управления продуктивностью скважин.

МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ СКВАЖИНЫ

Обработка скважин соляной кислотой

Термокислотные обработки

Поинтервальная или ступенчатая СКО

Техника и технология кислотных обработок скважин

Гидравлический разрыв пласта

Тепловая обработка призабойной зоны скважины

Термогазохимическое воздействие на призабойную зону скважины